專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)汽車(chē)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搭載了用于向燃料電池供給氫的氫制造裝置的電動(dòng)汽車(chē)。
背景技術(shù)：
目前，作為應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題、資源問(wèn)題等的對(duì)策日趨重要，作為其對(duì)策之一的電汽車(chē)的開(kāi)發(fā)開(kāi)展得很活躍。其中，關(guān)于裝備了燃料電池作為用于獲得驅(qū)動(dòng)力的電源的電動(dòng)汽車(chē)，承載用于使用該燃料電池進(jìn)行發(fā)電的燃料即氫或者用于生成氫的原燃料的裝置正在進(jìn)行種種開(kāi)發(fā)。
承載氫的電動(dòng)汽車(chē)，通過(guò)將氫以壓縮氣體填充在高壓儲(chǔ)氣瓶中，或者被吸藏于儲(chǔ)氫合金中等方法來(lái)承載氫(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1～3)。如此承載了氫的電動(dòng)汽車(chē)，由于供給燃料電池的電極的燃料氣體是純度非常高的氫氣，因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池時(shí)，可以獲得很高的發(fā)電效率，可以實(shí)現(xiàn)燃料電池的小型化。另外，由于使用純度非常高的氫氣，因此，具有在電動(dòng)汽車(chē)中所進(jìn)行的各種反應(yīng)過(guò)程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，行駛電動(dòng)汽車(chē)中不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2002-370544號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2003-182379號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3特開(kāi)2004-22364號(hào)公報(bào)另一方面，已知對(duì)于承載用于生成氫的原燃料的電動(dòng)汽車(chē)，承載甲醇等作為原燃料，而且還搭載用于進(jìn)行重整反應(yīng)的重整器，其中重整反應(yīng)是將該原燃料重整而形成含氫氣體(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4～7)。搭載這樣原燃料和重整器的電動(dòng)汽車(chē)，特別是使用甲醇等液體燃料為原燃料時(shí)，具有的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)一次性補(bǔ)充燃料后電動(dòng)汽車(chē)所能行駛的距離比承載氣體燃料時(shí)要長(zhǎng)。而且，甲醇、烴等原燃料與氫氣相比在運(yùn)輸?shù)戎芯哂惺褂萌菀?、安全的?yōu)點(diǎn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)4特開(kāi)2000-149974號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)5特開(kāi)2001-113960號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)6特開(kāi)2001-202980號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)7特開(kāi)2001-298807號(hào)公報(bào)但是，關(guān)于承載以氫為燃料的電動(dòng)汽車(chē)，使在氣瓶中填充或儲(chǔ)氫合金中吸藏所用的氫廣泛地流通而能夠容易得到存在著困難，這點(diǎn)作為電動(dòng)汽車(chē)普及中的問(wèn)題被指出。特別是，氫氣的操作不容易，要簡(jiǎn)易地運(yùn)輸和儲(chǔ)藏大量的氫氣有很多問(wèn)題要解決。如果使用儲(chǔ)氫合金進(jìn)行氫的輸送和儲(chǔ)藏，則操作變得容易，但目前已知的儲(chǔ)氫合金均是稀有金屬，因此價(jià)格非常高，全部使用儲(chǔ)氫合金構(gòu)成氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏的手段的方法也難以實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題是，無(wú)論使用何種方法來(lái)進(jìn)行氫的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，為了將氫作為燃料直接供給電動(dòng)汽車(chē)，必需重新建立穩(wěn)定的氫流通體系。
此外，關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)上承載原燃料時(shí)的重整器，以甲醇、二甲醚(DME)、乙醇、天然氣、丙烷或汽油等作為燃料，其中，重整溫度最低的甲醇重整器的開(kāi)發(fā)發(fā)展最快，目前其重整方法采用了水蒸氣重整、部分氧化重整和并用這兩種方法的并用重整這三種方法(參照非專(zhuān)利文件1)，但采用任何一種重整方法，為了制造含氫氣體，必需在200℃以上的高溫下進(jìn)行重整，存在的問(wèn)題是重整催化劑的中毒、重整后的氣體(含氫氣體)中所含有的CO的去除、部分氧化重整或并用重整中重整后的氣體中混入空氣中的氮等。
非專(zhuān)利文件1《固體高分子型燃料電池の開(kāi)発と実用化》、第141頁(yè)～第166頁(yè)、1999年5月28日、(株)技術(shù)情報(bào)協(xié)會(huì)発行此外，已知還有通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫的方法的發(fā)明(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)8、10)以及利用由電化學(xué)方法產(chǎn)生的氫的燃料電池的發(fā)明(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)9～11)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)8特許第3328993號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)9特許第3360349號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)10美國(guó)專(zhuān)利第6,299,744號(hào)說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專(zhuān)利第6,368,492號(hào)說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專(zhuān)利第6,432,284號(hào)說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專(zhuān)利第6,533,919號(hào)說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2003/0226763號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)11特開(kāi)2001-297779號(hào)公報(bào)在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)8中，記載了如下發(fā)明(權(quán)利要求1)“氫產(chǎn)生方法，其特征為，在陽(yáng)離子交換膜相向的兩個(gè)面上設(shè)置一對(duì)電極，使至少含有甲醇和水的燃料接觸設(shè)置在一個(gè)面上的含有催化劑的電極，通過(guò)對(duì)所述一對(duì)電極施加電壓而從所述電極導(dǎo)出電子，在所述電極上進(jìn)行由所述甲醇和水產(chǎn)生氫離子的反應(yīng)，在所述陽(yáng)離子交換膜相向的一對(duì)面的另一個(gè)面上設(shè)置的電極上，通過(guò)供給電子將產(chǎn)生的所述氫離子轉(zhuǎn)變?yōu)闅浞肿印?。另外，還公開(kāi)了向燃料用電極與作為燃料的甲醇同時(shí)供給水或水蒸氣，接通外部電路施加電壓而從燃料用電極導(dǎo)出電子，從而在燃料用電極進(jìn)行CH3OH+2H2O→CO2+6e-+6H+的反應(yīng)，使由此產(chǎn)生的氫離子通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，在相向電極側(cè)通過(guò)6H++6e-→3H2而選擇性生成氫(段落 ～ )。進(jìn)而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)9中，記載了利用由這種方法產(chǎn)生的氫的燃料電池的發(fā)明(段落 ～ )。
根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)8和9所記載的發(fā)明，可以在低溫度下產(chǎn)生氫(專(zhuān)利文獻(xiàn)8的段落 、專(zhuān)利文獻(xiàn)9的段落 )，但為了產(chǎn)生氫必需施加電壓，另外，氫的生成是在燃料用電極(燃料極)的相向電極側(cè)，沒(méi)有向相向電極供給氧化劑，因而與本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)所搭載的氫制造裝置明顯不同。
上述專(zhuān)利文獻(xiàn)10中記載的發(fā)明也與上述專(zhuān)利文獻(xiàn)8和9所記載的發(fā)明同樣，其是在作為燃料極的陽(yáng)極112生成的質(zhì)子透過(guò)隔膜110，在作為反電極的陰極114產(chǎn)生氫，但其以燃料極為陽(yáng)極、以反電極為陰極而由直流電源120施加電壓，電解甲醇等有機(jī)物燃料，并且氫的產(chǎn)生是在燃料極的反電極側(cè)，沒(méi)有向反電極供給氧化劑，從而與本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)所搭載的氫制造裝置明顯不同。
上述專(zhuān)利文件11中記載了在燃料電池系統(tǒng)中設(shè)置產(chǎn)生氫的氫產(chǎn)生極(權(quán)利要求1)，還記載了“向多孔電極(燃料極)1供給含有醇和水的液體燃料，向相反側(cè)的氣體擴(kuò)散電極(氧化劑極)2供給空氣，當(dāng)在多孔電極1的端子和氣體擴(kuò)散電極2的端子之間維持負(fù)荷時(shí)，從具有通常的燃料電池功能的MEA2的正極即氣體擴(kuò)散電極2通過(guò)負(fù)荷向多孔電極1施加正電位，從而可以形成這樣的電連接。其結(jié)果是醇與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，生成的氫離子經(jīng)過(guò)電解質(zhì)層5在中央的氣體擴(kuò)散電極6上產(chǎn)生氫氣。在氣體擴(kuò)散電極6上，在與另一電解質(zhì)層7的界面發(fā)生電極反應(yīng)，再度形成氫離子并在電解質(zhì)層7中移動(dòng)，到達(dá)氣體擴(kuò)散電極2。在氣體擴(kuò)散電極2上與空氣中的氧反應(yīng)而生成水”(段落0007)，因而，專(zhuān)利文件11是利用由燃料電池產(chǎn)生的電能在氫產(chǎn)生極(氣體擴(kuò)散電極6)產(chǎn)生氫，再將其供給燃料電池，而且，在氫的產(chǎn)生是在燃料極的反電極側(cè)這點(diǎn)，與上述專(zhuān)利文獻(xiàn)8～10相同。
另外，還已知有下述發(fā)明采用夾著質(zhì)子傳導(dǎo)膜(離子傳導(dǎo)體)而形成了陽(yáng)極(電極A)和陰極(電極B)的具有隔膜的反應(yīng)裝置，通過(guò)施加或者不施加電壓，或者在導(dǎo)出電能的同時(shí)來(lái)氧化醇(甲醇)的方法(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)12和13)，但都是關(guān)于使用電化學(xué)電池將醇氧化的工藝(生成物是碳酸二酯、福爾馬林、甲酸甲酯、二甲氧基甲烷等)，并非由醇產(chǎn)生作為還原物的氫的工藝。
專(zhuān)利文獻(xiàn)12特開(kāi)平6-73582號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求1～3，段落 )專(zhuān)利文獻(xiàn)13特開(kāi)平6-73583號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求1、8，段落 )發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的課題是解決上述的問(wèn)題，提供搭載了可以容易地向燃料電池供給氫、可以在低溫下制造含氫氣體的氫制造裝置的電動(dòng)汽車(chē)。
為了解決上述課題，本發(fā)明中采用了以下的方法。
(1)電動(dòng)汽車(chē)，其具有通過(guò)供給氫和氧化劑而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、制造用于供給所述燃料電池的含氫氣體的氫制造裝置、由所述燃料電池所產(chǎn)生的電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，其特征在于，所述氫制造裝置是分解含有有機(jī)物的燃料而制造含氫氣體的氫制造裝置，具有隔膜、設(shè)置在所述隔膜的一個(gè)面上的燃料極、向所述燃料極供給含有有機(jī)物和水的燃料的裝置、設(shè)置在所述隔膜的另一個(gè)面上的氧化極、向所述氧化極供給氧化劑的裝置以及由燃料極側(cè)產(chǎn)生含氫氣體并取出的裝置。
(2)如(1)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置為不具有從構(gòu)成氫制造裝置的氫制造電池向外部導(dǎo)出電能的裝置以及從外部向所述氫制造電池施加電能的裝置的開(kāi)路狀態(tài)。
(3)如(1)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置具有以所述燃料極為負(fù)極、以所述氧化極為正極而向外部導(dǎo)出電能的裝置。
(4)如(1)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置具有以所述燃料極為陰極、以所述氧化極為陽(yáng)極而從外部施加電能的裝置。
(5)如(1)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，組合使用從以下氫制造裝置中選擇的2種或2種以上的氫制造裝置不具有從所述氫制造電池向外部導(dǎo)出電能的裝置和從外部向所述氫制造電池施加電能的裝置的開(kāi)路的氫制造裝置；具有以所述燃料極為負(fù)極、以所述氧化極為正極而向外部導(dǎo)出電能的裝置的氫制造裝置；以及具有以所述燃料極為陰極、以所述氧化極為陽(yáng)極而從外部施加電能的裝置的氫制造裝置。
(6)如(1)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為200～1000mV。
(7)如(2)所述所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為300～800mV。
(8)如(3)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為200～600mV。
(9)如(3)或(8)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述導(dǎo)出的電能來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(10)如(4)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為300～1000mV。
(11)如(4)或(10)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述施加的電能來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(12)如(1)～(11)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓來(lái)調(diào)節(jié)所述含氫氣體的生成量。
(13)如(1)～(12)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(14)如(1)～(13)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(15)如(1)～(14)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(16)如(1)～(15)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
(17)如(1)～(16)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
(18)如(17)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為30～90℃。
(19)如(1)～(20)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的燃料極的所述有機(jī)物是從醇、醛、羧酸和醚中選擇的一種或兩種或兩種以上的有機(jī)物。
(20)如(19)中所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述醇為甲醇。
(21)如(1)～(20)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是含氧氣體或者氧。
(22)如(21)中所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是所述燃料電池或其他所述氫制造裝置排出的空氣排氣。
(23)如(1)～(20)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是含過(guò)氧化氫的液體。
(24)如(1)～(23)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的所述隔膜為質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜。
(25)如(24)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜為全氟化碳磺酸系固體電解質(zhì)膜。
(26)如(1)～(25)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的燃料極的催化劑是在碳粉末上擔(dān)載了Pt-Ru合金的催化劑。
(27)如(1)～(26)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的氧化極的催化劑是在碳粉末上擔(dān)載了Pt的催化劑。
(28)如(1)～(27)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置上設(shè)置所述含有有機(jī)物和水的燃料的循環(huán)裝置。
(29)如(1)～(28)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述的氫制造裝置上設(shè)置用于吸收包含在生成的所述含氫氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收部。
(30)如(1)～(29)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，不冷卻由所述氫制造裝置產(chǎn)生的所述含氫氣體而供給所述燃料電池。
(31)如(1)～(30)中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，設(shè)置用于阻斷所述氫制造裝置所發(fā)出的熱的絕熱材料。
在此，上述(2)～(4)的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置，具有向構(gòu)成氫制造裝置的氫制造電池供給燃料和氧化劑的裝置，該裝置可以使用泵、吹風(fēng)機(jī)等。除此之外，在上述(3)的情況，具有用于從氫制造電池導(dǎo)出電能的放電控制裝置；在上述(4)的情況，具有用于向氫制造電池施加電能的電解裝置。在上述(2)的情況，其是不具有用于從氫制造電池導(dǎo)出電能的放電控制裝置和用于向氫制造電池施加電能的電解裝置的開(kāi)路狀態(tài)。并且，上述(1)的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置包含上述(2)～(4)的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置。進(jìn)而，這些氫制造裝置能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)氫制造電池的電壓和/或含氫氣體的生成量來(lái)控制燃料和氧化劑的供給量或濃度以及導(dǎo)出的電能(上述(3)的情況)或者施加的電能(上述(4)的情況)。這里，構(gòu)成氫制造裝置的氫制造電池的基本結(jié)構(gòu)是，具有在隔膜的一個(gè)面上設(shè)置燃料極、用于向上述燃料極供給燃料的結(jié)構(gòu)，以及具有在上述隔膜的另一個(gè)面上設(shè)置氧化極、用于向上述氧化極供給氧化劑的結(jié)構(gòu)。
此外，電動(dòng)汽車(chē)并不限于僅通過(guò)燃料電池得到為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力的汽車(chē)，還包括并用其他動(dòng)力源的混合動(dòng)力汽車(chē)。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)，由于搭載了可以在從室溫～100℃這樣的與以往的重整溫度相比顯著降低的溫度下重整燃料的氫制造裝置，因此不僅可以縮短啟動(dòng)所需要的時(shí)間，還可以減少用于提高重整器溫度的能量，可以使啟動(dòng)用電池小型化。此外可以不需要用來(lái)阻斷重整裝置所產(chǎn)生的熱的絕熱材料，不需對(duì)氫制造裝置所產(chǎn)生的含氫氣體進(jìn)行冷卻即可容易地供給燃料電池。
另外，由于氫制造裝置所產(chǎn)生的含氫氣體中不含有CO，所以不需要除去CO的裝置。
另外，本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)所使用的氫制造裝置，不需要從外部向氫制造電池供給電能即可產(chǎn)生氫，即使在具有導(dǎo)出電能的裝置的情況下，在具有從外部施加電能的裝置的情況下，也可以產(chǎn)生氫。
在具有導(dǎo)出電能的裝置的情況，由于該電能可以用于驅(qū)動(dòng)泵、吹風(fēng)機(jī)等輔助機(jī)器等，因此，從有效利用能源的角度來(lái)看效果顯著。
即使在具有從外部施加電能的裝置的情況，通過(guò)從外部向氫制造電池供給少量的電能，也可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生相當(dāng)或超過(guò)投入的電能的氫的效果。
進(jìn)而，對(duì)于任何一種情況，通過(guò)監(jiān)測(cè)氫制造電池的電壓和/或含氫氣體的生成量，可以進(jìn)行工藝控制，由于可以實(shí)現(xiàn)氫制造裝置的緊湊化，因此可以實(shí)現(xiàn)降低電動(dòng)汽車(chē)制造成本的效果。


圖1(a)是表示本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)的燃料電池的系統(tǒng)流程的一例的圖。
圖1(b)是表示本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)上搭載的箱型(package)燃料電池發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的一例的概略圖。
圖1(c)是表示本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)上搭載的氫制造裝置和燃料電池的關(guān)系的概略圖。
圖2是實(shí)施例1中的氫制造電池(不從外部供給電能)的概略圖。
圖3是表示不同溫度(30～70℃)下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系的圖(氫制造例1-1)。
圖4是表示不同溫度(30～70℃)下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系的圖(氫制造例1-1)。
圖5是表示不同的燃料流量下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系(溫度70℃)的圖(氫制造例1-2)。
圖6是表示不同的燃料流量下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(溫度70℃)的圖(氫制造例1-2)。
圖7是表示不同的燃料濃度下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系(溫度70℃)的圖(氫制造例1-3)。
圖8是表示不同的燃料濃度下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(溫度70℃)的圖(氫制造例1-3)。
圖9是表示不同厚度的電解質(zhì)膜時(shí)空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系的圖(氫制造例1-4)。
圖10是表示不同厚度的電解質(zhì)膜時(shí)開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系的圖(氫制造例1-4)。
圖11是表示不同溫度(30～90℃)下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系的圖(氫制造例1-5)。
圖12是表示不同溫度(30～90℃)下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(氧化劑空氣)的圖(氫制造例1-5)。
圖13是表示不同燃料流量下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-6)。
圖14是表示不同燃料流量下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-6)。
圖15是表示不同燃料濃度下空氣流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-7)。
圖16是表示不同燃料濃度下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-7)。
圖17是表示不同氧濃度下氧化氣體流量和氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-8)。
圖18是表示不同氧濃度下開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系(溫度50℃)的圖(氫制造例1-8)。
圖19是表示不同溫度(30～90℃)下H2O2流量與氫生成速度及開(kāi)路電壓的關(guān)系的圖(氫制造例1-10)。
圖20是表示不同溫度(30～90℃)下開(kāi)路電壓與氫生成速度的關(guān)系(氧化劑H2O2)的圖(氫制造例1-10)。
圖21是實(shí)施例2中的氫制造電池(具有導(dǎo)出電能的裝置)的示意圖。
圖22是表示不同空氣流量下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-1)。
圖23是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-1)。
圖24是表示不同空氣流量下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度30℃)的圖(氫制造例2-2)。
圖25是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度30℃)的圖(氫制造例2-2)。
圖26是表示不同空氣流量下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度70℃)的圖(氫制造例2-3)。
圖27是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度70℃)的圖(氫制造例2-3)。
圖28是表示不同空氣流量下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度90℃)的圖(氫制造例2-4)。
圖29是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度90℃)的圖(氫制造例2-4)。
圖30是表示不同溫度下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電空氣流量50ml/分)的圖。
圖31是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電空氣流量50ml/分)的圖。
圖32是表示不同溫度下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電空氣流量100ml/分)的圖。
圖33是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電空氣流量100ml/分)的圖。
圖34是表示不同燃料流量下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-5)。
圖35是表示不同燃料流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-5)。
圖36是表示不同燃料濃度下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-6)。
圖37是表示不同燃料濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-6)。
圖38是表示不同氧濃度下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-7)。
圖39是表示不同氧濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電溫度50℃)的圖(氫制造例2-7)。
圖40是表示不同溫度下導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(放電氧化劑H2O2)的圖(氫制造例2-8)。
圖41是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(放電氧化劑H2O2)的圖(氫制造例2-8)。
圖42是實(shí)施例3中的氫制造電池(具有從外部施加電能的裝置)的概略圖。
圖43是表示不同空氣流量下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-1)。
圖44是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-1)。
圖45是表示不同空氣流量下施加的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-1)。
圖46是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-1)。
圖47是表示不同空氣流量下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度30℃)的圖(氫制造例3-2)。
圖48是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度30℃)的圖(氫制造例3-2)。
圖49是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度30℃)的圖(氫制造例3-2)。
圖50是表示不同空氣流量下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度70℃)的圖(氫制造例3-3)。
圖51是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度70℃)的圖(氫制造例3-3)。
圖52是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度70℃)的圖(氫制造例3-3)。
圖53是表示不同空氣流量下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度90℃)的圖(氫制造例3-4)。
圖54是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度90℃)的圖(氫制造例3-4)。
圖55是表示不同空氣流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度90℃)的圖(氫制造例3-4)。
圖56是表示不同溫度下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電空氣流量50ml/分)的圖。
圖57是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電空氣流量50ml/分)的圖。
圖58是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電空氣流量50ml/分)的圖。
圖59是表示不同燃料流量下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-5)。
圖60是表示不同燃料流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-5)。
圖61是表示不同燃料流量下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-5)。
圖62是表示不同燃料濃度下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-6)。
圖63是表示不同燃料濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-6)。
圖64是表示不同燃料濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-6)。
圖65是表示不同氧濃度下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-7)。
圖66是表示不同氧濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-7)。
圖67是表示不同氧濃度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電溫度50℃)的圖(氫制造例3-7)。
圖68是表示不同溫度下施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系(充電氧化劑H2O2)的圖(氫制造例3-8)。
圖69是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與氫生成速度的關(guān)系(充電氧化劑H2O2)的圖(氫制造例3-8)。
圖70是表示不同溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系(充電氧化劑H2O2)的圖(氫制造例3-8)。
圖71是表示空氣流量與氫生成速度的關(guān)系(開(kāi)路溫度50℃)的圖(實(shí)施例8)。
圖72是表示開(kāi)路電壓與氫生成速度的關(guān)系(開(kāi)路溫度50℃)的圖(實(shí)施例8)。
符號(hào)說(shuō)明10氫制造電池，11隔膜，12燃料極，13用于供給燃料極12含有有機(jī)物和水的燃料(甲醇水溶液)的流路，14氧化極(空氣極)，15用于向氧化極(空氣極)14供給氧化劑(空氣)的流路，16燃料泵，17空氣吹風(fēng)機(jī)，18燃料流量調(diào)節(jié)閥，19空氣流量調(diào)節(jié)閥，20燃料箱，21燃料調(diào)節(jié)槽，22電壓調(diào)節(jié)器，23氣液分離器(分離含氫氣體和未反應(yīng)的甲醇水溶液)，24氫罐，25用于將未反應(yīng)的甲醇水溶液返回燃料調(diào)節(jié)槽21的導(dǎo)管，26氫流量調(diào)節(jié)閥，27氣液分離器(從空氣排氣中分離生成的水和未反應(yīng)甲醇水溶液)，28二氧化碳去除裝置，29用于將未反應(yīng)的甲醇水溶液返回燃料調(diào)節(jié)槽21的導(dǎo)管，30燃料電池，31固體高分子電解質(zhì)膜，32氫極，33將氫供給氫極32的流路，34空氣極，35將空氣供給空氣極34的流路，36將燃料電池30所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為規(guī)定電力的電力轉(zhuǎn)換裝置，37對(duì)發(fā)電裝置進(jìn)行整體控制的控制裝置，38包裝箱。
具體實(shí)施例方式
以下例示用于實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
特別是，本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置基本上是新的，以下所述的只不過(guò)是一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明并不限定于此。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)的基本結(jié)構(gòu)是，其具有通過(guò)供給氫和氧化劑而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、制造用于供給所述燃料電池的含氫氣體的氫制造裝置以及由所述燃料電池所產(chǎn)生的電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)。
圖1(a)是表示本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)的燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)流程的一例的示意圖。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)，如圖1(b)所示，優(yōu)選將下述部件搭載為箱型燃料電池發(fā)電裝置通過(guò)供給氫和氧化劑而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池(30)、制造用于供給燃料電池(30)的含氫氣體的氫制造電池(10)、將燃料電池(30)發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為規(guī)定電力的電力轉(zhuǎn)換裝置(36)、對(duì)發(fā)電裝置進(jìn)行整體控制的控制裝置(37)以及燃料泵(16)、空氣吹風(fēng)機(jī)(17)等輔助機(jī)械。
對(duì)于本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)，由于構(gòu)成氫制造裝置的氫制造電池(10)在低溫下運(yùn)行，因此，與以往的燃料重整裝置不同，可以將控制裝置(37)配置在氫制造電池(10)的附近。此外，可以不需要用于保護(hù)控制裝置(37)免受氫制造電池(10)所產(chǎn)生的熱的絕熱材料。
在該圖中，在電動(dòng)汽車(chē)上搭載了燃料箱(20)以及燃料調(diào)節(jié)槽(21)，可以不搭載這些而由外部供給燃料(甲醇水溶液)，也可以在電動(dòng)汽車(chē)上僅搭載燃料調(diào)節(jié)槽(21)。
此外，由氫制造電池(10)所產(chǎn)生的含氫氣體也可以直接供給燃料電池(10)，優(yōu)選設(shè)置儲(chǔ)藏含氫氣體的氫罐(24)，由氫罐(24)供給燃料電池(30)。
而且，優(yōu)選設(shè)置分離含氫氣體和未反應(yīng)甲醇水溶液的氣液分離器(23)，使得未反應(yīng)甲醇水溶液循環(huán)至氫制造電池(10)。除此之外，也可以設(shè)置從空氣排氣中分離生成的水和未反應(yīng)甲醇水溶液的氣液分離器(27)。
另外，圖中未顯示，但除此之外還可以設(shè)置備用電池。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置，如圖1(c)所示，具有氫制造電池(10)和用于運(yùn)轉(zhuǎn)氫制造裝置的輔助機(jī)器。
氫制造電池(10)的結(jié)構(gòu)如下在隔膜(11)的一個(gè)面上設(shè)置燃料極(12)，具有用于向燃料極(12)供給含有有機(jī)物和水的燃料(甲醇水溶液)的流路13，并且在隔膜(11)的另一個(gè)面上設(shè)置氧化極(14)，具有用于向氧化極(14)供給氧化劑(空氣)的流路(15)。
作為用于運(yùn)轉(zhuǎn)氫制造裝置的輔助機(jī)器，設(shè)置有向燃料極(12)供給甲醇水溶液的燃料泵(16)。燃料極的流路(13)通過(guò)燃料泵(16)和流量調(diào)節(jié)閥(18)并由導(dǎo)管連接。
燃料(100％的甲醇)儲(chǔ)存于燃料箱(20)中，然后被移送到燃料調(diào)節(jié)槽(21)，在燃料調(diào)節(jié)槽(21)中與水混合，調(diào)節(jié)成例如3％左右的甲醇水溶液并供給到燃料極(12)。
另外，作為同樣的輔助機(jī)械設(shè)置空氣吹風(fēng)機(jī)(17)，可以直接向氧化極(14)供給空氣，但在該圖中，通過(guò)空氣吹風(fēng)機(jī)(17)向燃料電池(30)供給來(lái)空氣，利用從燃料電池(30)排出的未反應(yīng)空氣(空氣排氣)。
其中，通過(guò)將由燃料電池(30)的空氣極排出的空氣排氣輸送給氫制造電池(10)，因而不需要?dú)渲圃祀姵?10)用的空氣吹風(fēng)機(jī)。氧化極的流路(15)通過(guò)空氣吹風(fēng)機(jī)(17)和流量調(diào)節(jié)閥(19)、燃料電池(30)來(lái)連接。
而且，由于該空氣排氣具有與燃料電池(30)的工作溫度基本相同的溫度(約80℃)，因此，在保護(hù)控制裝置(37)免受燃料電池(30)熱的同時(shí)，可以利用空氣排氣的熱來(lái)作為加熱氫制造電池(10)的熱源。
此外，在組合使用2個(gè)以上氫制造裝置時(shí)，作為向一個(gè)氫制造電池(10)的氧化極(14)供給的空氣可以利用由另一個(gè)氫制造電池(10)排出的空氣排氣用作的空氣。
對(duì)于具有上述結(jié)構(gòu)的氫制造裝置，向燃料泵(16)和空氣吹風(fēng)機(jī)(17)供給電能使之運(yùn)轉(zhuǎn)，并打開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥(18)時(shí)，由燃料泵(16)將甲醇水溶液從燃料調(diào)節(jié)槽(21)通過(guò)流路(13)供給到燃料極(12)；另外，打開(kāi)流量調(diào)節(jié)閥(19)時(shí)，由空氣吹風(fēng)機(jī)(17)使空氣借由燃料電池(30)通過(guò)流路(15)供給到氧化極(14)。
由此，在燃料極和氧化極(空氣極)發(fā)生如后所述的反應(yīng)，由燃料極(12)側(cè)產(chǎn)生含氫氣體。
另外，通過(guò)設(shè)置用于監(jiān)測(cè)氫制造電池(10)的電壓(開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)的電壓調(diào)節(jié)器(22)來(lái)控制燃料和空氣的供給量或者濃度以及導(dǎo)出的電能或者施加的電能，可以調(diào)節(jié)含氫氣體的生成量。
產(chǎn)生的含氫氣體通過(guò)氣液分離器(23)分離成含氫氣體和未反應(yīng)的甲醇水溶液，將含氫氣體儲(chǔ)藏于氫罐(24)中。
部分或全部的分離后的未反應(yīng)的甲醇水溶液通過(guò)導(dǎo)管(25)返回燃料調(diào)節(jié)槽(21)進(jìn)行循環(huán)。根據(jù)情況也可以從系統(tǒng)外供給水。
由氫制造裝置排出的空氣排氣中，含有生成的水以及因“滲透”現(xiàn)象從燃料極透過(guò)的甲醇水溶液中未反應(yīng)的甲醇水溶液，因此，將該空氣排氣通過(guò)氣液分離器(27)，將生成的水和未反應(yīng)的甲醇水溶液分離，通過(guò)二氧化碳去除裝置(28)將二氧化碳去除后，排到大氣中。
部分或者全部分離后的生成的水和未反應(yīng)的甲醇水溶液，通過(guò)導(dǎo)管(29)返回到燃料調(diào)節(jié)槽(21)中進(jìn)行循環(huán)。
燃料電池(30)的氫極(32)上，通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥(26)供給儲(chǔ)藏于氫罐(24)的氫，空氣極(34)上，通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥(19)供給來(lái)自空氣吹風(fēng)機(jī)(17)的空氣，在氫極一側(cè)和空氣極一側(cè)分別產(chǎn)生式(1)和式(2)的反應(yīng)，整體的燃料電池發(fā)生式(3)的反應(yīng)，形成水(水蒸氣)，產(chǎn)生電(直流電)。
H2→2H++2e-……(1)2H++2e-+(1/2)O2→H2O……(2)H2+(1/2)O2→H2O……(3)對(duì)于燃料電池(30)，如果燃料是氫，則可以使用任何種類(lèi)，優(yōu)選在小于等于100℃的低溫可以運(yùn)轉(zhuǎn)的固體高分子型燃料電池(PEFC)。對(duì)于固體高分子型燃料電池，可以采用將公知的單電池多個(gè)層疊而成的燃料電池堆。單一的單電池具有被稱(chēng)為Nafion(杜邦公司的商標(biāo))固體高分子電解質(zhì)膜(31)、夾持其兩側(cè)的作為擴(kuò)散電極的氫極(32)和空氣極(34)、以及從兩側(cè)將兩電極夾持的2個(gè)隔膜等。在隔膜的兩面形成凹凸，在夾持的氫極和空氣極之間，形成單電池內(nèi)的氣體流路(33)、(35)。其中，在與氫極之間形成的單電池內(nèi)的氣體流路(33)中流通供給的氫氣，另外，在與空氣極之間形成的單電池內(nèi)的氣體通路(35)中流過(guò)空氣。
如上所述，在燃料電池的空氣極(34)一側(cè)，由式(2)生成水蒸氣(H2O)，因此從燃料電池中排出的空氣排氣中含有大量的水蒸氣。在由燃料電池(30)的空氣極(34)排出的空氣排氣不被輸送到氫制造電池(10)的情況下，空氣排氣中所含有的水蒸氣優(yōu)選由冷凝器冷凝，作為水被回收。
燃料電池(30)發(fā)電會(huì)伴隨著發(fā)熱。在上述固體高分子型燃料電池(PEFC)的情況下，高分子電解質(zhì)膜處于含水狀態(tài)，表現(xiàn)出質(zhì)子傳導(dǎo)性，因此隨著燃料電池的發(fā)熱，高分子電解質(zhì)膜干燥，如果含水率下降則燃料電池的內(nèi)阻增大，發(fā)電能力下降。因此，為了防止高分子電解質(zhì)膜的干燥，必需冷卻燃料電池，保持合適的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度(約80℃)。另一方面，氫制造裝置，如后述的實(shí)施例所示，溫度越高則氫的生成效率越高，因此，優(yōu)選設(shè)置對(duì)該燃料電池的發(fā)熱進(jìn)行熱交換的裝置來(lái)用作對(duì)氫制造裝置的加熱。
此外，由于氫制造裝置在低溫工作，因此如圖1(b)和(c)所示不需要設(shè)置用于升溫的加熱器，但根據(jù)需要也可以設(shè)置。
以往，為了保持高分子電解質(zhì)在濕潤(rùn)狀態(tài)，對(duì)重整氣體和/或反應(yīng)空氣進(jìn)行加濕后供給燃料電池本體，但本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)上搭載的氫制造裝置，從供給了含有有機(jī)物和水的燃料(甲醇水溶液)的燃料極一側(cè)輸出含氫氣體，由于對(duì)氫進(jìn)行了加濕，因而可以不再需要加濕器。而且，由氫制造電池(10)產(chǎn)生的含氫氣體，由于不象以往重整裝置所制造的重整氣體那樣是高溫氣體，因此不需冷卻即可供給燃料電池(30)。
此外，作為供給燃料電池的燃料，可以考慮僅供給由氫制造電池(10)所產(chǎn)生的氫的情況和供給含氫的甲醇水溶液的情況。對(duì)于供給含有氫的甲醇水溶液的情況，則不需要?dú)庖悍蛛x器(23)。
由燃料電池(30)所發(fā)出的直流電，輸入到電力轉(zhuǎn)換裝置(36)，由DC/DC換流器(converter)升壓或者由DC/AC反流器(inverter)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾筝敵?。此外，由輔助機(jī)械用換流器穩(wěn)定后的直流電，可以被用作燃料泵(16)、空氣吹風(fēng)機(jī)(17)等輔助機(jī)器的驅(qū)動(dòng)電源，交流電可以被用作電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電源。
對(duì)于這一系列的發(fā)電運(yùn)行，由控制裝置(37)對(duì)氫制造電池(10)的電壓調(diào)整器(22)、燃料電池(30)、電力轉(zhuǎn)換裝置(36)、燃料泵(16)、空氣吹風(fēng)機(jī)(17)等輔助機(jī)器的動(dòng)作進(jìn)行控制。
由燃料電池所產(chǎn)生的直流電，由上述的DC/AC反流器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾?，供給作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力源的馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)該馬達(dá)，所產(chǎn)生的扭距通過(guò)齒輪傳導(dǎo)給車(chē)軸，驅(qū)動(dòng)車(chē)軸而使汽車(chē)行駛。
此外，為了對(duì)燃料電池所產(chǎn)生的電進(jìn)行蓄電，優(yōu)選設(shè)置電能儲(chǔ)藏裝置。通過(guò)使用控制裝置，根據(jù)馬達(dá)的負(fù)荷及電能儲(chǔ)藏裝置的蓄電量，將燃料電池所發(fā)出的電供給馬達(dá)和電能儲(chǔ)藏裝置。具體而言，例如，在加速時(shí)等的情況下，馬達(dá)負(fù)荷大的時(shí)候，向馬達(dá)供給來(lái)自燃料電池和電能儲(chǔ)藏裝置的電，或者減速、制動(dòng)時(shí)等情況下，將來(lái)自馬達(dá)的再生電供給電能的儲(chǔ)藏裝置。電能儲(chǔ)藏裝置，可以使用例如二次電池、雙層電容器等。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)所搭載的氫制造裝置的氫制造電池(10)形成如下基本結(jié)構(gòu)隔膜(11)、隔膜(11)的一個(gè)面上設(shè)置的燃料極(12)和在隔膜(11)的另一個(gè)面上設(shè)置的氧化極(14)。例如，作為這樣的結(jié)構(gòu)，可以采用像在直接甲醇型燃料電池中所采用的MEA(電解質(zhì)/電極接合體)。
對(duì)于MEA的制作方法沒(méi)有限定，可以通過(guò)利用熱壓在隔膜的兩面接合燃料極和氧化極(空氣極)這樣的與以往同樣的方法來(lái)制作。
隔膜可以使用在燃料電池中被用作高分子電解質(zhì)膜的質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜。作為質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜，優(yōu)選使用杜邦公司的Nafion膜等具有磺酸基的全氟化碳磺酸系膜。
燃料極和氧化極(空氣極)優(yōu)選是具有導(dǎo)電性、具有催化活性的電極，例如，可以通過(guò)在氣體擴(kuò)散層上涂布催化劑漿料并干燥來(lái)制造，所述催化劑漿料含有在由碳粉末等制成的載體上擔(dān)載了貴金屬的催化劑、PTFE樹(shù)脂等粘合劑和Nafion溶液等用于賦予離子導(dǎo)電性的物質(zhì)。
作為氣體擴(kuò)散層優(yōu)選由進(jìn)行了疏水處理的復(fù)寫(xiě)紙(carbon paper)等構(gòu)成的層。
作為燃料極催化劑可以使用任何物質(zhì)，但優(yōu)選使用在碳粉末上擔(dān)載了Pt-Ru合金的催化劑。
作為空氣極催化劑可以使用任何物質(zhì)，但優(yōu)選使用在碳粉末上擔(dān)載了Pt的催化劑。
在上述構(gòu)成的氫制造裝置中，向燃料極供給含有甲醇水溶液等有機(jī)物的燃料，并向氧化極(空氣極)供給空氣、氧氣、過(guò)氧化氫等氧化劑時(shí)，在特定條件下，在燃料極會(huì)產(chǎn)生含氫氣體。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置的氫產(chǎn)生方法與以往的氫制造裝置中的氫產(chǎn)生方法完全不同，另外，目前還難以說(shuō)明其機(jī)理。以下說(shuō)明目前的推測(cè)，還不能否定產(chǎn)生全新的反應(yīng)的可能性。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置，如后所述，在30～90℃的低溫下，并且由供給甲醇和水的燃料極側(cè)產(chǎn)生含氫氣體。在不從外部向氫制造電池供給電能的情況，會(huì)產(chǎn)生70～80％左右的氫濃度的氣體；在從外部向氫制造電池施加電能的情況，會(huì)產(chǎn)生大于等于80％的氫濃度的氣體。并且還知道該氣體的產(chǎn)生依賴(lài)于兩極的開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓。從這樣的結(jié)果推定以下的氫產(chǎn)生機(jī)理。以下，為了簡(jiǎn)單地說(shuō)明機(jī)理，在開(kāi)路條件下進(jìn)行說(shuō)明。
例如，氫制造裝置中使用甲醇作為燃料時(shí)，與直接甲醇型燃料電池的情況相同，可以認(rèn)為在燃料極通過(guò)催化劑首先生成質(zhì)子。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-……(1)在使用Pt-Ru作為催化劑的情況，對(duì)于上述(1)的反應(yīng)，可以認(rèn)為甲醇吸附在Pt表面上，依次發(fā)生如下所述的電化學(xué)氧化反應(yīng)，通過(guò)生成牢固吸附在表面的吸附化學(xué)種來(lái)進(jìn)行(《電池便覽第三版》2001年2月20日，丸善(株)發(fā)行，第406頁(yè))。
CH3OH+Pt→Pt-(CH3OH)ads→Pt-(CH2OH)ads+H++e-Pt-(CH2OH)ads→Pt-(CHOH)ads+H++e-Pt-(CHOH)ads→Pt-(COH)ads+H++e-Pt-(COH)ads→Pt-(CO)ads+H++e-上述的Pt-(CO)ads如果要進(jìn)一步氧化，則需要由水生成的吸附OH。
Ru+H2O→Ru-(H2O)ads→Ru-(OH)ads+H++e-Ru-(OH)ads+Pt-(CO)ads→Ru+Pt+CO2+H++e-在直接甲醇型燃料電池的情況，通過(guò)(1)式的反應(yīng)在燃料極生成的H+(質(zhì)子)在質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜中移動(dòng)，從而在氧化極與供給到氧化極的含有氧的氣體或者氧發(fā)生如下反應(yīng)。
3/2O2+6H++6e-→3H2O……(2)本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)搭載的氫制造裝置在開(kāi)路的情況下，由(1)式的反應(yīng)生成的e-通過(guò)外部電路不供給到氧化極，從而為了產(chǎn)生(2)式的反應(yīng)，需要在氧化極發(fā)生其他反應(yīng)來(lái)供給e-。
另一方面，在直接甲醇型燃料電池中，當(dāng)使用Nafion等質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜的情況，已知CH3OH從燃料極向氧化極側(cè)透過(guò)的“滲透”現(xiàn)象。在氧化極可能會(huì)發(fā)生如下的滲透甲醇的電解氧化反應(yīng)。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-……(3)如果發(fā)生(3)式的反應(yīng)，通過(guò)該反應(yīng)生成的e-被供給，會(huì)產(chǎn)生(2)式的反應(yīng)。
隨后，通過(guò)(3)式的反應(yīng)所生成的H+在質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜中移動(dòng)，在燃料極發(fā)生以下的反應(yīng)，產(chǎn)生氫。
6H++6e-→3H2……(4)在此，通過(guò)(1)式的反應(yīng)在燃料極所生成的H+和e-向氧化極的移動(dòng)以及通過(guò)(3)式的反應(yīng)在氧化極所生成的H+和e-向燃料極的移動(dòng)被認(rèn)為表觀(guān)上互相抵消。
這種情況下可以推定為，在氧化極由于通過(guò)(3)式的反應(yīng)所生成的H+和e-產(chǎn)生(2)式的反應(yīng)，在燃料極由于通過(guò)(1)式的反應(yīng)所生成的H+和e-產(chǎn)生(4)式的反應(yīng)。
假定在燃料極上進(jìn)行(1)式和(4)式的反應(yīng)，在氧化極上進(jìn)行(2)式和(3)式的反應(yīng)時(shí)，整體上可以認(rèn)為以下的(5)式成立。
2CH3OH+2H2O+3/2O2→2CO2+3H2O+3H2……(5)該反應(yīng)的理論效率為59％(3mol氫的放熱量/2mol甲醇的放熱量)。
但是，對(duì)于上述的反應(yīng)，(1)式的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0＝0.046V，(4)式的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0＝0.0V，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下組合二者時(shí)，由于(1)式的情況對(duì)應(yīng)為正極，(4)式的情況對(duì)應(yīng)為負(fù)極，從而(1)式的反應(yīng)向左邊進(jìn)行，(4)式的反應(yīng)也向左邊進(jìn)行，因此不產(chǎn)生氫。
在此，為了使(1)式的反應(yīng)向右邊、(4)式的反應(yīng)也向右邊進(jìn)行，使(1)式對(duì)應(yīng)負(fù)極、(4)式對(duì)應(yīng)正極是必需的，假定燃料極的整體是等電位時(shí)，需要使甲醇氧化電位向低電位側(cè)轉(zhuǎn)變、或者使氫產(chǎn)生電位向高電位側(cè)轉(zhuǎn)變。
但是，在燃料極不是等電位的情況，在燃料極中從甲醇和水產(chǎn)生H+的(1)式的反應(yīng)和H+與e-結(jié)合形成氫的(4)式的反應(yīng)可能會(huì)同時(shí)進(jìn)行。
如后面的實(shí)施例所述，運(yùn)轉(zhuǎn)溫度高的情況從容易產(chǎn)生氫的角度來(lái)看，來(lái)自外部的反應(yīng)熱被供給，作為吸熱反應(yīng)的(1)和(3)式的反應(yīng)會(huì)向右邊進(jìn)行。
對(duì)于甲醇，除了(1)和(3)式的反應(yīng)以外，由于滲透現(xiàn)象，從燃料極透過(guò)的甲醇在空氣極催化劑的表面會(huì)產(chǎn)生被氧所氧化的如下的副反應(yīng)。
2CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O……(6)由于該(6)式的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，可以理解為，(1)和(3)式的反應(yīng)的熱量通過(guò)該放熱被供給。
本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(以下稱(chēng)為“開(kāi)路條件”)的情況，由后述的實(shí)施例可知，如果氧(空氣)的供給量變少，開(kāi)路電壓達(dá)到300～800mV，則會(huì)產(chǎn)生氫，這被推定為，透過(guò)空氣極側(cè)的甲醇通過(guò)(6)式被氧化的情況被抑制，(3)式的H+生成反應(yīng)成為主導(dǎo)性，從而由(4)式的反應(yīng)產(chǎn)生氫。
本申請(qǐng)的權(quán)利要求3所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(以下稱(chēng)為“放電條件”)的情況，可以認(rèn)為以與開(kāi)路條件下的氫產(chǎn)生機(jī)理類(lèi)似的機(jī)理來(lái)產(chǎn)生氫。但是，與開(kāi)路條件的情況不同，由于與放電電流相當(dāng)數(shù)量的H+從燃料極向氧化極移動(dòng)，必需保持電池整體的電中性條件，因此可以認(rèn)為在燃料極上(1)式的反應(yīng)勝于(4)式，在氧化極上(2)式的反應(yīng)勝于(3)式。
從后述的實(shí)施例可知，放電電流變大(向氧化極大量供給e-)，放電電壓低于200mV時(shí)，不產(chǎn)生氫，這被推定為，由于沒(méi)有達(dá)到甲醇水溶液的電解所必需的電壓而不產(chǎn)生氫。
另外，在大量供給氧(空氣)，或者放電電壓高于600mV的情況，也不產(chǎn)生氫，這被推定為，由于透過(guò)空氣極側(cè)的甲醇通過(guò)(6)式被氧化，從而不進(jìn)行(3)式的H+生成反應(yīng)。
另一方面，在氧(空氣)的供給量少的情況，如果放電電流減小，放電電壓(運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)為200～600mV，則產(chǎn)生氫，這被推定為，透過(guò)空氣極側(cè)的甲醇通過(guò)(6)式被氧化的情況受到抑制，(3)式的H+生成反應(yīng)成為主導(dǎo)性，從而由(4)式的反應(yīng)產(chǎn)生氫。
本申請(qǐng)的權(quán)利要求4所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置(以下稱(chēng)為“充電條件”)的情況，也可以認(rèn)為以與開(kāi)路條件下的氫產(chǎn)生機(jī)理類(lèi)似的機(jī)理產(chǎn)生氫。但是，與開(kāi)路條件的情況不同，由于與電解電流相當(dāng)數(shù)量的H+從氧化極向燃料極移動(dòng)，必需保持電池整體的電中性條件，因此可以認(rèn)為在燃料極上(4)式的反應(yīng)勝于(1)式，在氧化極上(3)式的反應(yīng)勝于(2)式。
即，本發(fā)明的充電條件的情況，由于以燃料極作為陰極、以氧化極作為陽(yáng)極而從外部施加電能(從外部向燃料極提供e-)，基本上會(huì)發(fā)生電解，由后述的實(shí)施例可知，如果增大施加的電能(施加電壓)，則會(huì)產(chǎn)生多的氫，這可以認(rèn)為是，從外部向燃料極供給的e-變多，促進(jìn)了(3)式的甲醇的電解氧化反應(yīng)和(4)式的反應(yīng)6H++6e-→3H2。
但是，如后面所述，在氧(空氣)的供給量少且施加電壓(運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)為400～600mV這樣低的范圍時(shí)，能量效率增大。這被推定是，在該范圍內(nèi)，如上所述對(duì)于不從外部供給電能的開(kāi)路條件或者放電條件的情況，透過(guò)空氣極側(cè)的甲醇通過(guò)(6)式被氧化的情況也受到抑制，(3)式的H+生成反應(yīng)成為主導(dǎo)性，從而通過(guò)(4)式的H+生成反應(yīng)產(chǎn)生氫；在充電條件的情況，除了從外部施加電能的部分以外，與上述開(kāi)路條件或者放電條件的情況同樣產(chǎn)生氫。
在此，針對(duì)電池的電位具有什么意義進(jìn)行說(shuō)明。一般來(lái)說(shuō)夾著電解質(zhì)膜而在兩極構(gòu)成氣體電極的電池的電壓由于電解質(zhì)內(nèi)導(dǎo)電的離子在兩極的化學(xué)勢(shì)的差而產(chǎn)生。
即，不考慮在兩極的極化時(shí)，由于使用質(zhì)子(氫離子)導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜作為電解質(zhì)，因此，觀(guān)測(cè)的電壓表示電池在兩極的氫的化學(xué)勢(shì)即所謂的氫分壓的差。
在本發(fā)明中，如后面的實(shí)施例所述，燃料極和氧化極之間的電壓在一定范圍時(shí)，由燃料極側(cè)產(chǎn)生氫；在兩極的氫的化學(xué)勢(shì)的差為一定范圍時(shí)，可以推定進(jìn)行上述(1)～(6)式的反應(yīng)，產(chǎn)生氫。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置，對(duì)于不從外部向氫制造電池供給電能的情況、且不從外部導(dǎo)出電能的情況，還有從外部施加電能的情況，均可以通過(guò)調(diào)節(jié)燃料極和氧化極(空氣極)之間的電壓(開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)來(lái)調(diào)節(jié)含氫氣體的生成量。
通過(guò)后述的實(shí)施例可知，在開(kāi)路條件的情況，開(kāi)路電壓為300～800mV而產(chǎn)生氫；在放電條件的情況，放電電壓(運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)為200～600mV而產(chǎn)生氫；在充電條件的情況，施加電壓(運(yùn)轉(zhuǎn)電壓)為300～1000mV(400～600mV下能量效率高)而產(chǎn)生氫，因此，在該范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，可以調(diào)節(jié)含氫氣體的生成量。
如下述的實(shí)施例所示，開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和/或含氫氣體的生成量(氫生成速度)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)氧化劑(含氧氣體或者氧、含有過(guò)氧化氫的液體)的供給量、調(diào)節(jié)氧化劑的濃度(含氧氣體中的氧濃度)、調(diào)節(jié)含有有機(jī)物的燃料的供應(yīng)量、調(diào)節(jié)含有有機(jī)物的燃料的濃度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
另外，除了上述以外，在放電條件的情況，通過(guò)調(diào)節(jié)向外部導(dǎo)出的電能(調(diào)節(jié)向外部導(dǎo)出的電流、還有使用可以控制恒電壓的電源即所謂的恒電位儀來(lái)調(diào)節(jié)向外部導(dǎo)出的電壓)，在充電條件的情況，通過(guò)調(diào)節(jié)施加的電能(調(diào)節(jié)施加的電流、還有使用可以控制恒電壓的電源即所謂的恒電位儀來(lái)調(diào)節(jié)施加的電壓)，可以調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和/或含氫氣體的生成量。
在本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置中，由于可以在小于等于100℃分解含有有機(jī)物的燃料，因此可以使氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。運(yùn)轉(zhuǎn)溫度優(yōu)選為30～90℃。通過(guò)在30～90℃的范圍調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，如下述的實(shí)施例所述，可以調(diào)節(jié)開(kāi)路電壓或者運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和/或含氫氣體的生成量。
另外，對(duì)于以往的必需在大于等于100℃運(yùn)轉(zhuǎn)的重整技術(shù)，水變?yōu)樗魵?，含有有機(jī)物的燃料氣體化，在這樣的條件下，即使產(chǎn)生氫，也需要另外采用分離氫的設(shè)備，從而本發(fā)明在這點(diǎn)上是有利的。
但是，如果在大于等于100℃的溫度分解含有有機(jī)物的燃料，則存在上述的缺點(diǎn)，但本發(fā)明并不否定在超過(guò)100℃一定程度溫度的情況下也可以運(yùn)轉(zhuǎn)本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)的氫制造裝置。
從推定的原理考慮，作為含有有機(jī)物的燃料可以是透過(guò)質(zhì)子導(dǎo)電性隔膜、以電化學(xué)方式被氧化而生成質(zhì)子的液體或氣體燃料，優(yōu)選含有甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇等醇，甲醛等醛，甲酸等羧酸，二乙醚等醚的液體燃料。由于含有有機(jī)物的燃料與水一起供給，優(yōu)選含有醇和水的溶液，尤其優(yōu)選含有甲醇的水溶液。這里，作為上述燃料的一例的含有甲醇的水溶液是至少含有甲醇和水的溶液，在產(chǎn)生含氫氣體的領(lǐng)域中，其濃度可以任意選擇。
作為氧化劑可以使用氣體或者液體的氧化劑。優(yōu)選含有氧的氣體或者氧作為氣體氧化劑。含有氧的氣體的氧濃度特別優(yōu)選為大于等于10％。優(yōu)選含有過(guò)氧化氫的液體作為液體氧化劑。
在本發(fā)明中，由于投入到氫制造裝置的燃料在該裝置內(nèi)一次性被消耗，分解成氫的比例低，因此優(yōu)選設(shè)置燃料的循環(huán)設(shè)備，提高向氫的轉(zhuǎn)換率。
本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)所搭載的氫制造裝置具有取出燃料極側(cè)產(chǎn)生的含氫氣體的設(shè)備，其是用來(lái)回收氫的設(shè)備，優(yōu)選也回收二氧化碳。由于是在小于等于100℃這樣的低溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以通過(guò)簡(jiǎn)便的裝置來(lái)設(shè)置吸收包含在含氫氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收部。
以下，表示本發(fā)明的實(shí)施例(氫制造例)，但是還可以對(duì)催化劑、PTFE、Nafion的比例等，催化劑層、氣體擴(kuò)散層、電解質(zhì)膜的厚度等進(jìn)行適宜變更，并不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1以下表示根據(jù)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所使用的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫的情況的實(shí)例。
氫制造例1-1實(shí)施例1(制造例1-1～1-10)中的氫制造電池形成與代表性的直接甲醇型燃料電池相同的結(jié)構(gòu)。
該氫制造電池的概略如圖2所示。
即，使用杜邦公司制的質(zhì)子導(dǎo)電性電解質(zhì)膜(Nafion115)作為電解質(zhì)，將復(fù)寫(xiě)紙(東レ制造)在5％濃度的聚四氟乙烯分散液中浸漬后，在360℃燒成而進(jìn)行疏水處理，在其一個(gè)面上涂布空氣極催化劑漿料，從而在空氣極上形成帶有空氣極催化劑的氣體擴(kuò)散層，所述空氣極催化劑漿料通過(guò)混合空氣極催化劑(擔(dān)載鉑的碳，田中貴金屬制造)、PTFE微粉末和5％的Nafion溶液(アルドリツチ制造)而制成。在此，空氣極催化劑、PTEF、Nafion的重量比為65％∶1 5％∶20％。這樣制作的空氣極的催化劑量換算成鉑為1mg/cm2。
進(jìn)而，使用同樣的方法對(duì)復(fù)寫(xiě)紙進(jìn)行疏水處理，然后在其一個(gè)面上涂布燃料極催化劑漿料，從而形成帶有燃料極催化劑的氣體擴(kuò)散層，所述燃料極催化劑漿料通過(guò)混合燃料極催化劑(擔(dān)載Pt-Ru的碳，田中貴金屬制造)、PTFE微粉末和5％的Nafion溶液而制成。在此，燃料極催化劑、PTEF、Nafion的重量比為55％∶15％∶30％。這樣制作的燃料極的催化劑量換算成Pt-Ru為1mg/cm2。
將上述的電解質(zhì)膜、帶有空氣極催化劑的氣體擴(kuò)散層、帶有燃料極催化劑的氣體擴(kuò)散層在40℃、100kg/cm2下通過(guò)熱壓接合來(lái)制作MEA。如此制作的MEA的有效電極面積是60.8cm2。制作后的空氣極和燃料極的催化劑層、空氣極和燃料極的氣體擴(kuò)散層的厚度分別為約30μm和170μm，且各自基本相同。
分別設(shè)置用于流通空氣和流通燃料的流路，進(jìn)而為了防止氣體泄漏，通過(guò)浸透酚醛樹(shù)脂的石墨制的空氣極隔板和燃料極隔板夾持上述MEA，從而構(gòu)成單電池。另外，為了防止燃料和空氣的泄漏，在MEA的周?chē)糠衷O(shè)置硅橡膠制的封裝。
將這樣制作的氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐內(nèi)，在電池溫度(運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)30～70℃下，在空氣極側(cè)以0～400ml/分的流量流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以2～15ml/分的流量流動(dòng)0.5M～2M的甲醇水溶液(燃料)，對(duì)此時(shí)的燃料極和空氣極的電壓差(開(kāi)路電壓)、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氣體量、氣體組成進(jìn)行了研究。
首先，使輸送給電池的甲醇水溶液(燃料)的流量恒定在8ml/分，在30℃、50℃、70℃各溫度下改變空氣流量，測(cè)定由燃料極側(cè)產(chǎn)生的氣體的生成量。使用水中置換法測(cè)定氣體生成量。另外，使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
其結(jié)果如圖3所示。
由此，在各溫度下，通過(guò)減少空氣流量，可以確認(rèn)由電池的燃料極側(cè)產(chǎn)生氫。另外可知，溫度越高，氫生成速度越大。進(jìn)而，研究了空氣流量和電池的開(kāi)路電壓之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)伴隨著空氣流量的減少，電池的開(kāi)路電壓存在下降的傾向。
圖4中將圖3的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度(氫生成量)顯示出依賴(lài)于開(kāi)路電壓的傾向，在開(kāi)路電壓為400～600mV下產(chǎn)生氫。另外，在任一個(gè)溫度下均在450mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
接著，在溫度70℃、燃料流量8ml/分、空氣流量120ml/分的條件下產(chǎn)生氣體，利用氣相色譜法測(cè)定氣體中的氫濃度。
其結(jié)果可以確認(rèn)，產(chǎn)生氣體中含有約70％的氫、約15％的二氧化碳。另外，沒(méi)有檢測(cè)出CO。
氫制造例1-2使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，接著，在電池溫度70℃、濃度1M的甲醇水溶液(燃料)流量為2、8、15ml/分的條件下分別改變空氣流量，圖5中表示此時(shí)的燃料流量、空氣流量和氫生成速度、電池的開(kāi)路電壓的關(guān)系。
由此可知，燃料流量小時(shí)，氫生成速度大。
圖6中將圖5的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓。另外，在任一個(gè)燃料流量下，與氫制造例1-1同樣，均在450mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
進(jìn)而，在本制造例中，與氫制造例1-1同樣地利用氣相色譜法求出在得到最大的氫生成速度14.48ml/分的開(kāi)路電壓442mV時(shí)的條件(運(yùn)轉(zhuǎn)溫度70℃、燃料濃度1M、燃料流量2ml/分、空氣流量100ml/分)下產(chǎn)生氣體中的氫濃度，結(jié)果約為70％。
氫制造例1-3使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，接著，在電池溫度70℃、甲醇水溶液(燃料)為8ml/分的恒定流量、燃料濃度為0.5、1、2M的條件下分別改變空氣流量，圖7中表示此時(shí)的燃料流量、空氣流量和氫生成速度、電池的開(kāi)路電壓的關(guān)系。
由此可知，燃料濃度低時(shí)，氫生成速度大。
圖8中將圖7的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在300～600mV下產(chǎn)生氫。另外，在任一個(gè)燃料濃度下，與氫制造例1-1同樣，均在450mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
氫制造例1-4接著，研究了電解質(zhì)膜的厚度對(duì)氣體生成量的影響。
在氫制造例1-1～1-3中，采用杜邦公司制的Nafon115(厚度為130μm)作為電解質(zhì)膜，以同樣的杜邦公司制的Nafion112(厚度為50μm)構(gòu)成同樣的氫制造電池，在溫度70℃、燃料濃度1M、燃料流量8ml/分的條件下分別改變空氣流量，研究了此時(shí)的燃料流量、空氣流量和氫生成速度、電池的開(kāi)路電壓的關(guān)系。
Nafion115和Nafion112為同樣的材質(zhì)，在此純粹地研究了電解質(zhì)膜的厚度的影響。研究結(jié)果如圖9所示。
圖10中將圖9的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，對(duì)于任何的電解質(zhì)膜，氫生成速度均基本相等。由圖可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在450mV附近仍舊觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
氫制造例1-5使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，將氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐內(nèi)，在電池溫度為30℃、50℃、70℃、90℃下，在空氣極側(cè)以流量為0～250ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，研究此時(shí)的電池的開(kāi)路電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫生成速度。
圖11表示了空氣流量和氫生成速度之間的關(guān)系。
與氫制造例1-1的情況相同，在各溫度下，通過(guò)減少空氣流量，可以確認(rèn)由電池的燃料極側(cè)產(chǎn)生氫。另外可知，溫度越高，氫生成速度越大。進(jìn)而，研究了空氣流量和電池的開(kāi)路電壓的關(guān)系，可以確認(rèn)伴隨著空氣流量的減少，電池的開(kāi)路電壓有下降的傾向。
圖12中將圖11的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在300～700mV下產(chǎn)生氫。另外，在30～70℃下，在470～480mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值；在90℃下在440mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
氫制造例1-6使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃、燃料流量為1.5、2.5、5.0、7.5、10.0ml/分的條件下分別改變空氣流量，圖13中表示此時(shí)的燃料流量、空氣流量和氫生成速度的關(guān)系。
由此可知，與上述的氫制造例1-2的70℃的結(jié)果不同，燃料流量多時(shí)，氫生成速度有增大的傾向。
圖14中將圖13的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在300～700mV下產(chǎn)生氫。另外，在450～500mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
計(jì)算在改變?nèi)剂狭髁繒r(shí)燃料中的甲醇消耗量和氫生成速度，使用如下的式子來(lái)計(jì)算開(kāi)路條件的能量效率(該能量效率與由后述的計(jì)算式計(jì)算出的充電條件的能量效率不同)。其結(jié)果為，開(kāi)路條件的能量效率在燃料流量為5.0ml/分時(shí)為17％，在2.5ml/分時(shí)為22％。
開(kāi)路條件的能量效率(％)＝(生成的氫的標(biāo)準(zhǔn)焓變/消耗的甲醇的焓變)×100氫制造例1-7使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃、甲醇水溶液(燃料)為5ml/分的恒定流量、燃料濃度為0.5、1、2、3M的條件下分別改變空氣流量，圖15中表示此時(shí)的空氣流量和氫生成速度的關(guān)系。
隨著燃料濃度降低，空氣流量變小，觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
圖16中將圖15的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在300～700mV下產(chǎn)生氫。另外，在任一個(gè)燃料濃度下，均在470mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
氫制造例1-8使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)氧化氣體的氧化極)，在電池溫度為50℃、燃料濃度為1M、燃料流量為5ml/分、氧濃度為10、21、40、100％的條件下分別改變氧化氣體流量，圖17中表示此時(shí)的氧化氣體流量和氫生成速度之間的關(guān)系。在此，氧濃度21％的氣體使用空氣，氧濃度10％的氣體使用向空氣中混合氮?dú)舛{(diào)制的氣體，氧濃度40％的氣體使用向空氣中混合氧氣(氧氣濃度100％)而調(diào)制的氣體。
隨著氧濃度提高，氧化氣體流量下降，觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
圖18中將圖17的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于開(kāi)路電壓，在400～800mV下產(chǎn)生氫。另外，在490～530mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
氫制造例1-9使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為60ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為2.6ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，從而產(chǎn)生氣體，取樣200cc，使用氣相色譜法測(cè)定氣體中的CO濃度。其結(jié)果是，未從樣品中檢測(cè)出CO(小于等于1ppm)。這里，該條件下的電池開(kāi)路電壓為477mV，氫生成速度約為10ml/分。
氫制造例1-10使用與氫制造例1-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)液體過(guò)氧化氫的氧化極)，將氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐內(nèi)，在電池溫度為30℃、50℃、70℃、90℃下，在氧化極側(cè)以流量為1～8ml/分流動(dòng)1M的H2O2(過(guò)氧化氫)，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，研究了此時(shí)的電池的開(kāi)路電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫生成速度。
圖19中表示了H2O2流量與氫生成速度之間的關(guān)系。
與氫制造例1-1的情況相同，在各溫度下減少H2O2流量，可以確認(rèn)由電池的燃料極側(cè)產(chǎn)生氫。另外可知，溫度越高，氫生成速度越大。進(jìn)而，研究了H2O2流量和電池的開(kāi)路電壓的關(guān)系，可以確認(rèn)隨著H2O2流量的減少，電池的開(kāi)路電壓有下降的傾向。
圖20中將圖19的結(jié)果作為開(kāi)路電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于開(kāi)路電壓的傾向，在開(kāi)路電壓300～600mV下產(chǎn)生氫。另外，在30～50℃下，在500mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值；在70～90℃下，在450mV附近觀(guān)察到氫生成速度的峰值。
這里重點(diǎn)在于，在上述實(shí)施例1中不從外部對(duì)氫制造電池施加一切電流或者電壓，僅以?xún)?nèi)阻大于等于1GΩ的電位計(jì)來(lái)測(cè)量開(kāi)路電壓，同時(shí)僅供給燃料和氧化劑。
換而言之，對(duì)于實(shí)施例1的氫制造電池，除了供給燃料和氧化劑之外不從外部供給能量，就可以將燃料的一部分轉(zhuǎn)換為氫。
并且，其是在30～90℃這樣的驚人低溫度下的重整，可以認(rèn)為是以往未有的全新的氫制造裝置，因而將該氫制造裝置搭載在電動(dòng)汽車(chē)上效果顯著。
實(shí)施例2以下表示根據(jù)本申請(qǐng)的權(quán)利要求3所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(放電條件)來(lái)制造氫的情況的實(shí)例。
氫制造例2-1圖21表示實(shí)施例2(制造例2-1～2-8)中具有電能導(dǎo)出設(shè)備的氫制造電池的概略。
除了以燃料極為負(fù)極、以空氣極為正極而設(shè)置導(dǎo)出電能的設(shè)備之外，與氫制造例1-1的氫制造電池構(gòu)造相同。
將該氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐中，在電池溫度(運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為10～100ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氣體量、氣體組成進(jìn)行了研究。另外，利用氣相色譜法對(duì)產(chǎn)生氣體中的氫濃度進(jìn)行了分析，求出氫生成速度。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖22所示。
隨著空氣流量變小，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖23中將圖22的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度(氫生成量)顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓為300～600mV下產(chǎn)生氣體。另外可知，空氣流量在50～60ml/分時(shí)，最易于產(chǎn)生氫。進(jìn)而，空氣流量多于該流量時(shí)，難以產(chǎn)生氫，當(dāng)為100ml/分時(shí)，幾乎不產(chǎn)生氫。
接著，在氫生成速度大、溫度50℃、燃料流量5ml/分、空氣流量60ml/分、電流密度8.4mA/cm2的條件下產(chǎn)生氣體，利用氣相色譜法測(cè)定氣體中的氫濃度。
其結(jié)果表明，產(chǎn)生氣體中含有約74％的氫，氫生成速度為5.1ml/分。另外，沒(méi)有檢測(cè)出CO。
氫制造例2-2使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為30℃下，在空氣極側(cè)以流量為30～100ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖24所示。
隨著空氣流量變小，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖25中將圖24的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓為200～540mV下產(chǎn)生氫。另外可知，在空氣流量為30～70ml/分時(shí)產(chǎn)生氫。當(dāng)為100ml/分時(shí)，幾乎不產(chǎn)生氫。
氫制造例2-3使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為70℃下，在空氣極側(cè)以流量為50～200ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖26所示。
隨著空氣流量變小，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖27中將圖26的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓為200～500mV下產(chǎn)生氫。另外可知，在空氣流量為50～100ml/分時(shí)易于產(chǎn)生氫。當(dāng)空氣流量增大至像150、200ml/分時(shí)，幾乎不產(chǎn)生氫。
氫制造例2-4使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為90℃下，在空氣極側(cè)以流量為50～250ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖28所示。
隨著空氣流量變小，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖29中將圖28的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓為200～500mV下產(chǎn)生氫。另外可知，在空氣流量為50～100ml/分時(shí)容易產(chǎn)生氫。當(dāng)為250ml/分時(shí)，幾乎不產(chǎn)生氫。
接著，將氫制造例2-1～2-4的各溫度下空氣流量為50ml/分時(shí)導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系示于圖30中，將運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系示于圖31中。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于溫度的傾向，溫度高時(shí)，在低的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓下就會(huì)產(chǎn)生氫，氫生成量增多。
進(jìn)而，將氫制造例2-1～2-4的各溫度下空氣流量為100ml/分時(shí)導(dǎo)出的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系示于圖32中，將運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系示于圖33中。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于溫度的傾向，溫度高時(shí)，在低的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓下就會(huì)產(chǎn)生氫，氫生成量增多。另外，空氣流量增加至像100ml/分時(shí)，在溫度30℃、50℃這樣的低溫下，幾乎不產(chǎn)生氫。
氫制造例2-5使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為50ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)變化燃料流量為1.5、2.5、5.0、7.5、10.0ml/分，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖34所示。
可以觀(guān)測(cè)到即使燃料流量改變，可放電的極限電流密度也沒(méi)有大的變化。
圖35中將圖34的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，在300～500mV下產(chǎn)生氫。另外，在450～500mV附近觀(guān)察到氫生成速度大。
可以知道氫生成速度不太依賴(lài)于燃料流量。
氫制造例2-6使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為50ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)燃料為5ml/分的恒定流量，變化燃料濃度為0.5、1、2、3M，此時(shí)改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖36所示。
隨著燃料濃度的增加，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖37中將圖36的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，在300～600mV下產(chǎn)生氫。
燃料濃度為1M時(shí)，最易于產(chǎn)生氫。
氫制造例2-7使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)氧化氣體的氧化極)，在電池溫度為50℃下，在燃料極側(cè)以5ml/分的恒定流量流動(dòng)1M的燃料濃度的燃料，在氧化極側(cè)以14.0ml/分的流量流動(dòng)氧化氣體，變化氧濃度為10、21、40、100％，此時(shí)改變?cè)谘趸瘶O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和氧化極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。這里，氧濃度21％的氣體使用空氣，氧濃度10％的氣體通過(guò)向空氣中混合氮?dú)鈦?lái)調(diào)制，氧濃度40％的氣體通過(guò)向空氣中混合氧(氧濃度100％)來(lái)調(diào)制。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖38所示。
氧濃度低時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖39中將圖38的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，在各自條件下的氫生成速度依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓，在300～600mV下產(chǎn)生氫。
氧濃度高時(shí)，觀(guān)測(cè)到氫生成速度增大的傾向。
氫制造例2-8使用與氫制造例2-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)液體過(guò)氧化氫的氧化極)，將氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐內(nèi)，電池溫度為30℃、50℃、70℃、90℃，在燃料極側(cè)以5ml/分的流量流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，在氧化極側(cè)以2.6～5.5ml/分的流量流動(dòng)1M的H2O2(過(guò)氧化氫)，此時(shí)改變?cè)谘趸瘶O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和氧化極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度進(jìn)行了研究。在此，將過(guò)氧化氫的流量調(diào)節(jié)到在各溫度下開(kāi)路電壓大致為500mV。
該試驗(yàn)中，導(dǎo)出的電流密度和運(yùn)轉(zhuǎn)電壓間的關(guān)系如圖40所示。
溫度如果為70～90℃，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的下降和電流密度的增加的關(guān)系基本相同，當(dāng)溫度降低到30℃時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓急劇降低，觀(guān)察到可放電的極限電流密度下降。
圖41中將圖40的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在300～500mV下產(chǎn)生氫。另外，在溫度為90℃時(shí)最易于產(chǎn)生氫，溫度低時(shí)，觀(guān)察到如果不提高運(yùn)轉(zhuǎn)電壓則不會(huì)產(chǎn)生氫。
這里重點(diǎn)是在上述實(shí)施例2中從氫制造電池向外部導(dǎo)出電流。換而言之，對(duì)于實(shí)施例2的氫制造電池，在向外部導(dǎo)出電能的同時(shí)，會(huì)將燃料的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闅?。并且，其是?0～90℃這樣的驚人低溫度下的重整，可以認(rèn)為是以往未有的全新的氫制造裝置，因而將該氫制造裝置搭載在電動(dòng)汽車(chē)上效果顯著。
實(shí)施例3以下表示根據(jù)本申請(qǐng)的權(quán)利要求4所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(充電條件)制造氫的情況的實(shí)例。
氫制造例3-1
圖42表示實(shí)施例3(制造例3-1～3-8)中具有從外部施加電能的設(shè)備的氫制造電池的概略。
除了以燃料極為陰極、以上述氧化極為陽(yáng)極而設(shè)置從外部施加電能的設(shè)備以外，與氫制造例1-1的氫制造電池構(gòu)造相同。
將該氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型電爐中，在電池溫度(運(yùn)轉(zhuǎn)溫度)為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為10～80ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氣體量、氣體組成進(jìn)行了研究。這里，將生成的氫的化學(xué)能相對(duì)于輸入的電能之比設(shè)定為充電條件的能量效率。另外，利用氣相色譜法對(duì)產(chǎn)生氣體中的氫濃度進(jìn)行分析，求出氫生成速度。
充電條件的能量效率(以下稱(chēng)為“能量效率”)通過(guò)以下的計(jì)算式來(lái)計(jì)算。
計(jì)算式能量效率(％)＝(H2的燃燒熱/施加的電能)×1001分鐘內(nèi)生成的H2的燃燒熱(KJ)＝(H2生成速度ml/分/24.47/1000)×286KJ/mol[HHV]1分鐘內(nèi)施加的電能(KJ)＝[電壓mV/1000×電流A×60sec]Wsec/1000在此，為了慎重起見(jiàn)進(jìn)行了記載，但本發(fā)明的目的是要獲得化學(xué)能大于等于輸入的電能的氫氣體，這并不是說(shuō)無(wú)視熱力學(xué)所確定的能量守恒準(zhǔn)則。從整體來(lái)看，由于部分有機(jī)物燃料被氧化，輸入的電能中如果包含被有機(jī)物燃料的氧化所消耗的化學(xué)能，則為小于等于100％。在本發(fā)明中，為了明確與以往的水電解來(lái)制造氫的不同，能量效率，將生成的氫的化學(xué)能相對(duì)于輸入的電能之比表述為能量效率。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖43所示。
在電流密度小于等于40mA/cm2的條件下，氫產(chǎn)生效率(產(chǎn)生氫的電量效率)存在大于等于100％的區(qū)域(圖43中用虛線(xiàn)表示氫產(chǎn)生效率為100％的線(xiàn))，如果在該區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)，則可以獲得大于等于輸入電能的氫。
圖44中將圖43的結(jié)果作為運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系進(jìn)行了整理。
由此可知，氫生成速度(氫生成量)顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫，在大于等于600mV時(shí)氫生成速度基本一定，空氣流量小時(shí)，氫生成速度大(易于產(chǎn)生氫)。
施加的電流密度與運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系如圖45所示。
在圖43中確認(rèn)的氫產(chǎn)生效率大于等于100％的區(qū)域均為圖45中小于等于600mV的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和能量效率的關(guān)系如圖46所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV、空氣流量30～50ml/分的情況，能量效率高。
接著，在能量效率高(1050％)、溫度50℃、燃料流量5ml/分、空氣流量50ml/分、電流密度4.8mA/cm2的條件下產(chǎn)生氣體，利用氣相色譜法測(cè)定氣體中的氫濃度。其結(jié)果表明，產(chǎn)生氣體中含有約86％的氫，氫生成速度為7.8ml/分。另外，沒(méi)有檢測(cè)出CO。
氫制造例3-2使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為30℃，在空氣極側(cè)以流量為10～70ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖47所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖48所示。
由此可知，氫生成速度(氫的生成量)顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫氣，空氣流量小時(shí)易于產(chǎn)生氫。當(dāng)空氣流量為10ml/分的情況，在大于等于600mV時(shí)氫生成速度基本一定；當(dāng)空氣流量為30ml/分的情況，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向；當(dāng)空氣流量較其更高的情況，如果不提高運(yùn)轉(zhuǎn)電壓就不會(huì)產(chǎn)生氫。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖49所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV、空氣流量為30ml/分的情況，能量效率高。
氫制造例3-3除了使電池溫度為70℃以外，以與氫制造例3-2相同的條件進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖50所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖51所示。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫，空氣流量小時(shí)易于產(chǎn)生氫。當(dāng)空氣流量為10ml/分的情況，在大于等于600mV時(shí)氫生成速度基本一定；當(dāng)空氣流量為30ml/分的情況，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向；當(dāng)空氣流量較其更高的情況，如果不提高運(yùn)轉(zhuǎn)電壓就不會(huì)產(chǎn)生氫。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖52所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV、空氣流量10～30ml/分的情況，能量效率高。
氫制造例3-4使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為90℃下，在空氣極側(cè)以流量為10～200ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)1M的甲醇水溶液(燃料)，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖53所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖54所示。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于300mV時(shí)產(chǎn)生氫，空氣流量小時(shí)易于產(chǎn)生氫，當(dāng)空氣流量為10ml/分的情況，在大于等于500mV時(shí)氫生成速度基本一定，當(dāng)空氣流量為50～100ml/分的情況，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向，當(dāng)空氣流量為200ml/分的情況，如果不大于等于800mV就不會(huì)產(chǎn)生氫。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖55所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于500mV、空氣流量為50ml/分時(shí)，能量效率高。
接著，將氫制造例3-1～3-4的各溫度下空氣流量為50ml/分時(shí)施加的電流密度與氫生成速度的關(guān)系示于圖56中，將運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系示于圖57中。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于溫度的傾向，運(yùn)轉(zhuǎn)溫度高時(shí)，在低運(yùn)轉(zhuǎn)電壓下就產(chǎn)生氫，氫生成速度也大。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和能量效率的關(guān)系如圖58所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV時(shí)，能量效率高。
氫制造例3-5使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為50ml/分流動(dòng)空氣，變化燃料極側(cè)的燃料流量為1.5、2.5、5.0、7.5、10.0ml/分，在該條件下，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖59所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖60所示。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫，燃料流量多時(shí)易于產(chǎn)生氫，對(duì)于任一個(gè)燃料流量的情況，均觀(guān)測(cè)到在大于等于800mV時(shí)氫生成速度有增加的傾向。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖61所示。
可以知道，對(duì)于任一個(gè)燃料流量的情況，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV時(shí)，能量效率高。
氫制造例3-6使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池，在電池溫度為50℃下，在空氣極側(cè)以流量為50ml/分流動(dòng)空氣，在燃料極側(cè)燃料為5ml/分的恒定流量，變化燃料濃度為0.5、1、2、3M，在該條件下，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)诳諝鈽O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和空氣極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖62所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖63所示。
由此可知，對(duì)于任一個(gè)燃料濃度，在大于等于0.02A/cm2的區(qū)域，施加的電流密度與氫生成速度基本成比例。
另外，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫，燃料濃度高時(shí)，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓低也易于產(chǎn)生氫。對(duì)于燃料濃度為2M、3M的情況，在400～500mV時(shí)氫生成速度急劇增大；當(dāng)燃料濃度為1M的情況，在400～800mV時(shí)氫生成速度基本一定，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向；在燃料濃度較其更低的情況，如果不提高運(yùn)轉(zhuǎn)電壓就不會(huì)產(chǎn)生氫。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖64所示。
可以知道，除了燃料濃度為0.5M的情況，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于600mV時(shí)，當(dāng)燃料濃度為1、2、3M的情況，能量效率高。另外，燃料濃度為0.5M的情況，由于在低電壓區(qū)域不產(chǎn)生氫，能量效率的表現(xiàn)與其他條件的情況完全不同。
氫制造例3-7使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)氧化氣體的氧化極)，在電池溫度為50℃下，在燃料極側(cè)濃度1M的燃料為5ml/分的恒定流量，在氧化極側(cè)氧化氣體為14.0ml/分的流量，變化氧濃度為10、21、40、100％，在該條件下，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)谘趸瘶O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和氧化極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。這里，氧濃度21％的氣體使用空氣，氧濃度10％的氣體通過(guò)向空氣中混合氮?dú)鈦?lái)調(diào)制，氧氣濃度40％的氣體通過(guò)向空氣中混合氧(氧濃度100％)來(lái)調(diào)制。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖65所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖66所示。
由此可知，對(duì)于任一個(gè)氧濃度，在大于等于0.03A/cm2的區(qū)域，施加的電流密度與氫生成速度基本成比例。
另外，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于400mV時(shí)產(chǎn)生氫，氧濃度高時(shí)，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓低也易于產(chǎn)生氫，在400～800mV時(shí)氫生成速度基本一定，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖67所示。
可以知道，即使施加電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是施加電壓小于等于600mV、氧濃度高時(shí)，能量效率高。
氫制造例3-8使用與氫制造例3-1同樣的氫制造電池(但是空氣極形成流動(dòng)液體過(guò)氧化氫的氧化極)，將氫制造電池設(shè)置在熱風(fēng)循環(huán)型的電爐內(nèi)，電池溫度為30℃、50℃、70℃、90℃，在燃料極側(cè)以流量為5ml/分流動(dòng)濃度1M的甲醇水溶液(燃料)，在氧化極側(cè)以流量為2.6～5.5ml/分流動(dòng)1M的H2O2(過(guò)氧化氫)，此時(shí)從外部使用直流電源而改變?cè)谘趸瘶O和燃料極間流通的電流，同時(shí)對(duì)燃料極和氧化極的運(yùn)轉(zhuǎn)電壓、在燃料極側(cè)產(chǎn)生的氫的生成速度、能量效率進(jìn)行了研究。
在此，調(diào)節(jié)過(guò)氧化氫的流量至各溫度下開(kāi)路電壓基本為500mV。
該試驗(yàn)中，施加的電流密度和氫生成速度之間的關(guān)系如圖68所示，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓和氫生成速度的關(guān)系如圖69所示。
由此可知，氫生成速度顯示出依賴(lài)于運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的傾向，在運(yùn)轉(zhuǎn)電壓大于等于500mV時(shí)產(chǎn)生氫，在大于等于800mV時(shí)顯示出增加的傾向，運(yùn)轉(zhuǎn)溫度高時(shí)易于產(chǎn)生氫。
另外，運(yùn)轉(zhuǎn)電壓與能量效率的關(guān)系如圖70所示。
可以知道，即使運(yùn)轉(zhuǎn)電壓在1000mV附近，能量效率也大于等于100％，特別是運(yùn)轉(zhuǎn)電壓小于等于800mV、溫度為90℃時(shí)，能量效率高。
這里重點(diǎn)是，上述實(shí)施例3是獲取從外部向氫制造電池施加的電流以上的氫。換而言之，對(duì)于實(shí)施例3的氫制造電池，會(huì)制造大于等于施加的電能的能量的氫。并且，其是在30～90℃這樣的驚人低溫度下的重整，可以認(rèn)為是以往未有的全新的氫制造裝置，因此通過(guò)將這樣的氫制造裝置搭載在電動(dòng)汽車(chē)中其效果顯著。
在以下的實(shí)施例中顯示使用甲醇以外的燃料，通過(guò)本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中搭載的氫制造裝置來(lái)制造氫的例子。
實(shí)施例4使用乙醇為燃料，通過(guò)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫。
使用與氫制造例1-1相同的氫制造電池，電池溫度為80℃，燃料電極一側(cè)以5ml/分的流量流過(guò)濃度為1M的乙醇水溶液，空氣極一側(cè)以65ml/分的流量流過(guò)空氣，測(cè)定電池的開(kāi)路電壓、燃料極側(cè)產(chǎn)生氣體的生成速度。使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
結(jié)果如表1所示。
表1

如表1所示，在開(kāi)路電壓478mV時(shí)，確認(rèn)產(chǎn)生了氫，但氫的生成速度小。
實(shí)施例5使用乙二醇為燃料，通過(guò)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫。
使用與氫制造例1-1相同的氫制造電池，電池溫度為80℃，燃料電極一側(cè)以5ml/分的流量流過(guò)濃度為1M的乙二醇水溶液，空氣極一側(cè)以105ml/分的流量流過(guò)空氣，測(cè)定電池的開(kāi)路電壓、燃料極側(cè)產(chǎn)生氣體的生成速度。使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
結(jié)果如表2所示。
表2

如表2所示，在開(kāi)路電壓474mV時(shí)，確認(rèn)產(chǎn)生了氫，氫的生成速度比使用乙醇水溶液為燃料時(shí)大，但比使用甲醇水溶液時(shí)小。
實(shí)施例6使用異丙醇為燃料，通過(guò)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫。
使用與氫制造例1-1相同的氫制造電池，電池溫度為80℃，燃料電極一側(cè)以5ml/分的流量流過(guò)濃度為1M的異丙醇水溶液，空氣極一側(cè)以35ml/分的流量流過(guò)空氣，測(cè)定電池的開(kāi)路電壓、燃料極側(cè)產(chǎn)生氣體的生成速度。使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
結(jié)果如表3所示。
表3

如表3所示，在開(kāi)路電壓514mV時(shí)，確認(rèn)產(chǎn)生了氫，氫的生成速度比使用乙醇水溶液、乙二醇水溶液為燃料時(shí)大，最接近甲醇水溶液的情況。特別是，產(chǎn)生氣體中氫的濃度極高。
實(shí)施例7使用二乙醚為燃料，通過(guò)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫。
使用與氫制造例1-1相同的氫制造電池，電池溫度為80℃，燃料電極一側(cè)以5ml/分的流量流過(guò)濃度為1M的二乙醚水溶液，空氣極一側(cè)以20ml/分的流量流過(guò)空氣，測(cè)定電池的開(kāi)路電壓、燃料極側(cè)產(chǎn)生氣體的生成速度。使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
結(jié)果如表4所示。
表4

如表4所示，在開(kāi)路電壓565mV時(shí)，確認(rèn)產(chǎn)生了氫，與使用乙醇為燃料時(shí)相比，產(chǎn)生氣體中的氫濃度低，氫的生成速度也低。
實(shí)施例8使用甲醛、甲酸為燃料，通過(guò)本申請(qǐng)的權(quán)利要求2所涉及的發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所使用的氫制造裝置(開(kāi)路條件)來(lái)制造氫。
使用與氫制造例1-1相同的氫制造電池，電池溫度為80℃，燃料電極一側(cè)以5ml/分的流量分別流過(guò)濃度為1M的甲醛水溶液、濃度為1M的甲酸水溶液，空氣極一側(cè)以0～100ml/分的流量流過(guò)空氣，測(cè)定電池的開(kāi)路電壓、燃料極側(cè)產(chǎn)生氣體的生成速度。使用氣相色譜法分析產(chǎn)生氣體中的氫濃度，求出氫生成速度。
測(cè)定的結(jié)果與使用甲醇時(shí)一起，如圖71、72所示。
如圖71所示，使用甲醛、甲酸，與使用甲醇同樣，通過(guò)減少空氣流量在電池的燃料極一側(cè)確認(rèn)產(chǎn)生了氫。此外，氫的生成速度以甲醇為最大，依次為甲醛、甲酸，而且，在此順序下，如果不降低空氣流量，就不產(chǎn)生氫。
由圖72可知，使用甲醛、甲酸，與使用甲醇同樣，氫的生成速度(氫發(fā)生量)顯示依賴(lài)于開(kāi)路電壓的傾向，開(kāi)路電壓在200～800mV時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生氫氣。此外，使用甲酸時(shí)，比甲醇、甲醛在更低的開(kāi)路電壓下產(chǎn)生氫，氫生成速度的峰值對(duì)于甲醇、甲醛為500mV左右，而對(duì)于甲酸為較低的開(kāi)路電壓(350mV)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的電動(dòng)汽車(chē)中所搭載的氫制造裝置可以在小于等于100℃分解含有有機(jī)物的燃料來(lái)制造含氫氣體，可以直接搭載于電動(dòng)汽車(chē)上，可以容易地向燃料電池供給氫，所以本發(fā)明可以適用于具有以燃料電池所發(fā)出的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)的所有汽車(chē)，并不限于負(fù)載(on load)電動(dòng)汽車(chē)，還包括叉車(chē)、高爾夫車(chē)、游覽車(chē)、輪椅車(chē)等無(wú)負(fù)載(off load)電動(dòng)汽車(chē)，另外，也不限于僅以燃料電池獲得車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力的汽車(chē)，還包括并用其他動(dòng)力源的混合動(dòng)力車(chē)等。
權(quán)利要求
1.電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，其至少具有通過(guò)供給氫和氧化劑而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池、制造用于供給所述燃料電池的含氫氣體的氫制造裝置以及由所述燃料電池所產(chǎn)生的電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)；所述氫制造裝置是分解含有有機(jī)物的燃料而制造含氫氣體的氫制造裝置，具有隔膜、設(shè)置在所述隔膜的一個(gè)面上的燃料極、向所述燃料極供給含有有機(jī)物和水的燃料的裝置、設(shè)置在所述隔膜的另一個(gè)面上的氧化極、向所述氧化極供給氧化劑的裝置以及由燃料極側(cè)產(chǎn)生含氫氣體并取出的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置為不具有從構(gòu)成氫制造裝置的氫制造電池向外部導(dǎo)出電能的裝置以及從外部向所述氫制造電池施加電能的裝置的開(kāi)路狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置具有以所述燃料極為負(fù)極、以所述氧化極為正極而向外部導(dǎo)出電能的裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置具有以所述燃料極為陰極、以所述氧化極為陽(yáng)極而從外部施加電能的裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，組合使用從以下氫制造裝置中選擇的2種或2種以上的氫制造裝置不具有從所述氫制造電池向外部導(dǎo)出電能的裝置和從外部向所述氫制造電池供給電能的裝置的開(kāi)路的氫制造裝置；具有以所述燃料極為負(fù)極、以所述氧化極為正極而向外部導(dǎo)出電能的裝置的氫制造裝置；以及具有以所述燃料極為陰極、以所述氧化極為陽(yáng)極而從外部施加電能的裝置的氫制造裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為200～1000mV。
7.如權(quán)利要求2所述所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為300～800mV。
8.如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為200～600mV。
9.如權(quán)利要求3所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述導(dǎo)出的電能來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
10.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，所述燃料極和所述氧化極之間的電壓為300～1000mV。
11.如權(quán)利要求4所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述施加的電能來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
12.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓來(lái)調(diào)節(jié)所述含氫氣體的生成量。
13.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
14.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
15.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
16.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
17.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述氧化劑的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
18.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
19.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
20.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
21.如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的供給量來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
22.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
23.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
24.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
25.如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
26.如權(quán)利要求18所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置中，通過(guò)調(diào)節(jié)所述含有有機(jī)物和水的燃料的濃度來(lái)調(diào)節(jié)所述燃料極和所述氧化極之間的電壓和/或所述含氫氣體的生成量。
27.如權(quán)利要求1～11中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
28.如權(quán)利要求27所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為30～90℃。
29.如權(quán)利要求12所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
30.如權(quán)利要求13所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
31.如權(quán)利要求15所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
32.如權(quán)利要求18所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
33.如權(quán)利要求22所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為小于等于100℃。
34.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的燃料極的所述有機(jī)物是從醇、醛、羧酸和醚中選擇的一種或兩種或兩種以上的有機(jī)物。
35.如權(quán)利要求34所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述醇為甲醇。
36.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是含氧氣體或者氧。
37.如權(quán)利要求36所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是所述燃料電池或其他所述氫制造裝置排出的空氣排氣。
38.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，供給所述氫制造裝置的氧化極的所述氧化劑是含過(guò)氧化氫的液體。
39.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的所述隔膜為質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜。
40.如權(quán)利要求39所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述質(zhì)子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)膜為全氟化碳磺酸系固體電解質(zhì)膜。
41.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的燃料極的催化劑是在碳粉末上擔(dān)載了Pt-Ru合金的催化劑。
42.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，所述氫制造裝置的氧化極的催化劑是在碳粉末上擔(dān)載了Pt的催化劑。
43.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述氫制造裝置上設(shè)置所述含有有機(jī)物和水的燃料的循環(huán)裝置。
44.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，在所述的氫制造裝置上設(shè)置用于吸收包含在所述含氫氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收部。
45.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，不冷卻由所述氫制造裝置所產(chǎn)生的所述含氫氣體而供給所述燃料電池。
46.如權(quán)利要求1～11中的任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)汽車(chē)，其特征在于，設(shè)置用于阻斷所述氫制造裝置所發(fā)出的熱的絕熱材料。
全文摘要
本發(fā)明提供搭載了可以容易地向燃料電池供給氫、且能在低溫下制造含氫氣體的氫制造裝置的電動(dòng)汽車(chē)。該電動(dòng)汽車(chē)至少具有通過(guò)供給氫和氧化劑而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池(30)、制造用于供給所述燃料電池的含氫氣體的氫制造裝置(10)以及由所述燃料電池所產(chǎn)生的電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)，所述氫制造裝置是分解含有有機(jī)物的燃料來(lái)制造含氫氣體的裝置，其特征在于，所述氫制造裝置具有隔膜(11)、在隔膜的一個(gè)面上設(shè)置的燃料極(12)、向燃料極(12)供給含有有機(jī)物和水的燃料的裝置(16)、在隔膜(11)的另一面上設(shè)置的氧化極(14)、向氧化極(14)供給氧化劑的裝置(17)，由燃料極側(cè)產(chǎn)生含氫氣體并導(dǎo)出的裝置。
文檔編號(hào)C01B3/32GK1938176SQ20058001025
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者奧山良一, 山本好浩, 元井昌司, 蘆田勝二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社杰士湯淺